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1、10申请公布号CN102482880A43申请公布日20120530CN102482880ACN102482880A21申请号201080006440822申请日2010020361/149,49720090203US12/698,64320100202USE04C2/36200601E04C2/2620060171申请人3M创新有限公司地址美国明尼苏达州72发明人弗雷德里克罗米耶斯特凡娜舍巴特蒂姆约翰逊74专利代理机构北京天昊联合知识产权代理有限公司11112代理人顾红霞何胜勇54发明名称准各向同性夹层结构57摘要本发明提供一种准各向同性夹层结构以沿着多个轴线抵抗负载。所述结构包括夹在玻璃纤。
2、维增强材料之间的芯材料。玻璃纤维粗纱穿过所述结构插入，使得所述粗纱沿着三个轴线取向，相邻轴线隔开大约120。本发明还公开了用于形成所述结构的机器和方法。在一种情况下，具有单个缝合头的机器在材料三次通过的每一次中被重新配置，以形成所述夹层结构。在其他情况下，使用具有三个缝合头的机器经由材料的单次通过形成所述结构。在一些实施例中，所述机器包括相对于纵向成大约0取向的分度缝合头以及成大约60和60取向的两个静止缝合头。在其他实施例中，所述机器包括成大约90、30和30取向的三个静止缝合头。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011080286PCT申请的申请数据PCT/US2010/0230。
3、062010020387PCT申请的公布数据WO2010/091059EN2010081251INTCL权利要求书3页说明书11页附图13页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书11页附图13页1/3页21一种准各向同性夹层结构，包括芯材料，其限定第一侧面和第二侧面；第一增强层，其设置在所述芯材料的所述第一侧面上；第二增强层，其设置在所述芯材料的所述第二侧面上；和粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列，各阵列均穿过所述第一增强层、所述芯材料和所述第二增强层延伸，其中粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列沿着至少三个轴线取向。2根据权利要求1所述的夹层结构，其中。
4、粗纱的所述第一阵列相对于所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个成大约120的角度取向，粗纱的所述第二阵列相对于所述第一阵列和所述第三阵列中的每一个成大约120的角度取向，并且粗纱的所述第三阵列相对于所述第一阵列和所述第二阵列中的每一个成大约120的角度取向。3根据权利要求1所述的夹层结构，其中所述第一增强层和所述第二增强层为玻璃纤维增强层。4根据权利要求1所述的夹层结构，其中所述芯材料为闭孔泡沫。5根据权利要求1所述的夹层结构，其中所述粗纱为玻璃纤维粗纱。6根据权利要求1所述的夹层结构，其中所述第一增强层限定插入面，并且粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的至少一者相对于所述插入面的。
5、平面成介于大约1和89之间的角度取向。7根据权利要求6所述的夹层结构，其中所述第一增强层限定插入面，并且粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的至少一者相对于所述插入面的平面成介于大约40和80之间的角度取向。8根据权利要求6所述的夹层结构，其中所述第一增强层限定插入面，并且粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的至少一者相对于所述插入面的平面成大约45的角度取向。9根据权利要求1所述的夹层结构，其中粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个簇绒而成。10一种制备准各向同性夹层结构的方法，包括使材料沿纵向穿过机器前进，所述机器被配置为穿过所述材料插入粗纱；以第。
6、一角度穿过所述材料插入粗纱的第一阵列，所述第一角度是在所述材料的平面内相对于所述纵向定义的；以第二角度穿过所述材料插入粗纱的第二阵列，所述第二角度是在所述材料的所述平面内相对于所述纵向定义的；和以第三角度穿过所述材料插入粗纱的第三阵列，所述第三角度是在所述材料的所述平面内相对于所述纵向定义的，其中粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列沿着至少三个轴线取向。11根据权利要求10所述的方法，其中所述第二角度与所述第一角度全等。12根据权利要求10所述的方法，其中粗纱的所述第三阵列对分粗纱的所述第一阵列和所述第二阵列所形成的角度。13根据权利要求10所述的夹层结构，其中插入粗纱的所述第一阵列。
7、、所述第二阵列权利要求书CN102482880A2/3页3和所述第三阵列中的每一个的步骤包括以大约1和89之间的倾角穿过所述材料插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个。14根据权利要求13所述的夹层结构，其中插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个的步骤包括以大约40和80之间的倾角穿过所述材料插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个。15根据权利要求13所述的方法，其中插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个的步骤包括以大约45的倾角穿过所述材料插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个。16。
8、根据权利要求10所述的方法，其中所述第一角度为大约60，所述第二角度为大约60，所述第三角度为大约0。17根据权利要求16所述的方法，其中插入粗纱的所述第三阵列的步骤包括相对于所述材料平面内垂直于所述机器轴线的材料轴线在所述材料的不同位置处插入连续的针迹，使得粗纱的所述第三阵列沿单个方向被分度。18根据权利要求16所述的方法，其中插入粗纱的所述第三阵列的步骤包括相对于所述材料平面内垂直于所述机器轴线的材料轴线在所述材料的不同位置处插入连续的针迹，使得粗纱的所述第三阵列沿两个方向被分度并形成交叉缝式图案。19根据权利要求16所述的方法，其中插入所述第一阵列的步骤包括沿与所述纵向相反的标称插入方向。
9、插入所述第一阵列。20根据权利要求16所述的方法，其中插入所述第二阵列的步骤包括沿与所述纵向一致的标称插入方向插入所述第二阵列。21根据权利要求10所述的方法，其中所述第一角度为大约30，所述第二角度为大约30，所述第三角度为大约90。22根据权利要求10所述的方法，其中使所述材料前进的步骤包括使所述材料在仅仅单次通过中穿过所述机器前进。23一种在单次通过中制备准各向同性夹层结构的方法，包括提供簇绒机，所述簇绒机被配置为对材料进行簇绒，所述簇绒机包括成第一角度取向的第一缝合头，所述第一角度是在所述材料的平面内相对于纵向定义的；成第二角度取向的第二缝合头，所述第二角度是在所述材料的所述平面内相对。
10、于所述纵向定义的；和成第三角度取向的第三缝合头，所述第三角度是在所述材料的平面内相对于所述纵向定义的；使所述材料沿所述纵向穿过所述簇绒机前进；和经由所述第一缝合头穿过所述材料插入粗纱的第一阵列，经由所述第二缝合头穿过所述材料插入粗纱的第二阵列，经由所述第三缝合头穿过所述材料插入粗纱的第三阵列，使得所述粗纱沿着至少三个轴线取向。24根据权利要求23所述的方法，其中所述第二角度与所述第一角度全等。25根据权利要求23所述的方法，其中所述第一缝合头和所述第二缝合头相对于所述材料平面内垂直于所述机器轴线的材料轴线静止，所述第三缝合头被配置为相对于所述材权利要求书CN102482880A3/3页4料平面。
11、内垂直于所述机器轴线的所述材料轴线移动，并且所述第一角度为大约60，所述第二角度为大约60，所述第三角度为大约026根据权利要求25所述的方法，其中所述第三缝合头被配置为相对于所述材料平面内垂直于所述机器轴线的材料轴线在两个方向上移动，使得粗纱的所述第三阵列形成交叉缝式图案。27根据权利要求23所述的方法，其中所述第一缝合头、所述第二缝合头和所述第三缝合头相对于所述材料平面内垂直于所述机器轴线的材料轴线静止，并且所述第一角度为大约30，所述第二角度为大约30，所述第三角度为大约90。28根据权利要求23所述的方法，其中插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个的步骤包括以大约。
12、1和89之间的倾角穿过所述材料插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个。29根据权利要求28所述的方法，其中插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个的步骤包括以大约40和80之间的倾角穿过所述材料插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个。30根据权利要求28所述的方法，其中插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个的步骤包括以大约45的倾角穿过所述材料插入粗纱的所述第一阵列、所述第二阵列和所述第三阵列中的每一个。权利要求书CN102482880A1/11页5准各向同性夹层结构背景技术0001复合结构常常用在构建要求高。
13、强度和对高应力的高抗性的轻质结构的工业中。此类复合结构可用于构造地板、墙壁以及各种类型的大的工业部件。例如，在航空工业中，坚固、重量轻的部件对于构建飞机和其他必须抵御高应力且不会超过特定重量极限的结构而言非常重要。复合材料部件还在造船业中用作各种类型的板。0002纤维强化夹层结构通常重量轻并且可用于提供负载抗性。通常，此类夹层结构包括芯材料，例如闭孔泡沫，该芯材料被玻璃纤维材料片材“夹在”任一侧。然后，层附接在一起并用树脂绝缘浸渍以形成复合材料板，该复合材料板沿着结构的一个轴线表现出期望的承载性质。例如，在FR2,695,864中描述了一种板，其在板内包括桁架式纤维增强材料，以沿着板的一个轴线。
14、抵抗负载。0003然而，需要一种能够沿着多个轴线抵抗负载的准各向同性夹层结构以及以高效且高性价比方式制备此类结构的设备和方法。发明内容0004本发明整体涉及一种沿着多个轴线抵抗负载的准各向同性夹层结构。在一个实施例中，所述结构包括夹在玻璃纤维增强材料之间的芯材料。玻璃纤维粗纱穿过所述结构插入，使得所述粗纱沿着三个轴线取向，相邻轴线隔开大约120。本发明还公开了用于形成所述结构的机器和方法。在一种情况下，使用具有三个缝合头的机器经由材料单次通过该机器来形成所述结构。在一些实施例中，所述机器包括相对于纵向成大约0取向的分度缝合头以及成大约60和60取向的两个静止缝合头。在其他实施例中，所述机器包括。
15、成大约90、30和30取向的三个静止缝合头。这样，制备一种包括增强材料的准各向同性夹层结构，所述增强材料沿着至少三个轴线取向，以提供对弯曲负载的增大的抗性。0005在一个实施例中，提供一种准各向同性夹层结构，其包括限定第一侧面和第二侧面的芯材料、设置在芯材料的第一侧面上的第一增强层、设置在芯材料的第二侧面上的第二增强层以及粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列。各阵列穿过第一增强层、芯材料和第二增强层延伸，并且粗纱的所述第一阵列、第二阵列和第三阵列沿着至少三个轴线取向。0006粗纱的第一阵列可相对于第二阵列和第三阵列中的每一个成大约120的角度取向，粗纱的第二阵列可相对于第一阵列和第三阵列中的每一。
16、个成大约120的角度取向，并且粗纱的第三阵列可相对于第一阵列和第二阵列中的每一个成大约120的角度取向。第一和第二增强层可为玻璃纤维增强层，所述粗纱可为玻璃纤维粗纱。而且，在一些情况下，所述芯可为闭孔泡沫。0007此外，第一增强层可限定插入面，并且粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的至少一者可相对于所述插入面的平面成介于大约1和89之间的角度取向。例如，粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的至少一者可相对于所述插入面的平面成介于大约40和80之间的角度取向，例如相对于所述插入面的平面成大约45的角度取向。粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个可簇绒而成。说明书CN102482880A2。
17、/11页60008在其他实施例中，提供一种制备准各向同性夹层结构的方法。根据该方法，使材料沿纵向穿过机器前进，所述机器被配置为穿过所述材料插入粗纱。以第一角度穿过所述材料插入粗纱的第一阵列，所述第一角度是在材料平面内相对于纵向定义的；以第二角度穿过所述材料插入粗纱的第二阵列，所述第二角度是在材料平面内相对于纵向定义的。此外，以第三角度穿过所述材料插入粗纱的第三阵列，所述第三角度是在材料平面内相对于纵向定义的。粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列沿着至少三个轴线取向。0009第二角度可与第一角度全等。另外，粗纱的第三阵列可对分粗纱的第一阵列和第二阵列所形成的角度。可以大约1和89之间的倾角穿过所述。
18、材料插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个。例如，可以大约40和80之间的倾角例如，大约45的倾角穿过所述材料插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个。0010在一些情况下，第一角度可为大约60，第二角度可为大约60，第三角度可为大约0。插入粗纱的第三阵列可包括相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线在材料的不同位置处插入连续的针迹STITCH，使得粗纱的第三阵列沿单个方向被分度。另外，插入粗纱的第三阵列可包括相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线在材料的不同位置处插入连续的针迹，使得粗纱的第三阵列沿两个方向被分度并形成交叉缝式图案。插入第一阵列可包括沿与纵向相反的标称插入。
19、方向插入所述第一阵列，插入第二阵列可包括沿与纵向一致的标称插入方向插入所述第二阵列。0011在其他情况下，第一角度可为大约30，第二角度可为大约30，第三角度可为大约90。此外，所述材料可在仅仅单次通过中穿过所述机器前进。0012在其他实施例中，提供一种在单次通过中制备准各向同性夹层结构的方法。提供簇绒机，所述簇绒机被配置为对材料进行簇绒，所述簇绒机包括成第一角度取向的第一缝合头，所述第一角度是在材料平面内相对于纵向定义的；成第二角度取向的第二缝合头，所述第二角度是在材料平面内相对于纵向定义的；成第三角度取向的第三缝合头，所述第三角度是在材料平面内相对于纵向定义的。所述材料沿纵向穿过簇绒机前进。
20、。另外，经由第一缝合头穿过所述材料插入粗纱的第一阵列，经由第二缝合头穿过所述材料插入粗纱的第二阵列，经由第三缝合头穿过所述材料插入粗纱的第三阵列，使得所述粗纱沿着至少三个轴线取向。在一些情况下，第二角度与第一角度全等。0013第一缝合头和第二缝合头可相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线静止。第三缝合头可被配置为相对于材料平面内垂直于机器轴线的所述材料轴线移动，并且第一角度可为大约60，第二角度可为大约60，第三角度可为大约0。第三缝合头可被配置为相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线在两个方向上移动，使得粗纱的第三阵列形成交叉缝式图案。0014在一些情况下，第一缝合头、第二缝合头和第三缝。
21、合头可相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线静止，并且第一角度可为大约30，第二角度可为大约30，第三角度可为大约90。此外，插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个可包括以大约1和89之间的倾角穿过所述材料插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个。例如，可以大约40和80之间的倾角例如，大约45的倾角穿过所述材料插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个。说明书CN102482880A3/11页7附图说明0015下面将参考附图概括地描述本发明，附图不一定按比例绘制，其中0016图1示出具有桁架式增强材料的现有技术的夹层结构的透视图；0017图2A是在第一次通过期间插入。
22、针迹之后图1的夹层结构的示意图；0018图2B是在第二次通过期间插入针迹之后图1的夹层结构的示意图；0019图3是图1的夹层结构的俯视图，其示出针横梁的取向；0020图4是图3的夹层结构的侧视图，其示出缝合头上针的倾角；0021图5A是根据本发明示例性实施例的准各向同性夹层结构的俯视图，其示出第一次通过期间的横梁取向；0022图5B是根据本发明示例性实施例的图5A的准各向同性夹层结构的顶部透视图，其示出第一次通过的针迹取向；0023图5C是根据本发明示例性实施例的图5A的准各向同性夹层结构的俯视示意图，其示出第一次通过完成时的针迹取向；0024图6A是根据本发明示例性实施例的图5A的准各向同性。
23、夹层结构的俯视图，其示出第二次通过期间的横梁取向；0025图6B是根据本发明示例性实施例的图6A的准各向同性夹层结构的顶部透视图，其示出第一和第二次通过的针迹取向；0026图6C是根据本发明示例性实施例的图6A的准各向同性夹层结构的俯视示意图，其示出第二次通过完成时的针迹取向；0027图7A是根据本发明示例性实施例的图5A的准各向同性夹层结构的俯视图，其示出第三次通过期间的横梁取向；0028图7B是根据本发明示例性实施例的图7A的准各向同性夹层结构的顶部透视图，其示出第一、第二和第三次通过的针迹取向；0029图7C是根据本发明示例性实施例的图7A的准各向同性夹层结构的俯视示意图，其示出第三次通。
24、过完成时的针迹取向；0030图8是根据本发明示例性实施例的用于形成准各向同性夹层结构的簇绒机的俯视示意图；0031图9示出根据本发明示例性实施例的第三次通过之后的准各向同性夹层结构的上表面的近距离视图；0032图10示出根据本发明示例性实施例的第三次通过之后的准各向同性夹层结构的下表面的近距离视图；0033图11是根据本发明示例性实施例的利用分度INDEXING缝合头在单次通过中形成准各向同性夹层结构的簇绒机的俯视图；0034图12是根据本发明示例性实施例的图14的簇绒机的俯视图，其示出分度缝合头的移动；0035图13是根据本发明示例性实施例的在单次通过中形成准各向同性夹层结构的簇绒机的分度缝。
25、合头的俯视图，其中分度缝合头被配置为沿两个分度方向插入针迹；和0036图14是根据本发明示例性实施例的利用三个静止缝合头在单次通过中形成准各向同性夹层结构的簇绒机的俯视图。说明书CN102482880A4/11页8具体实施方式0037下面将参照附图对本发明的实施例进行更完整的描述，其中示出了一些而不是全部的实施例。事实上，本发明可体现为许多不同的形式，而不应限于在这里给出的实施例；相反，提供这些实施例使得此公开满足适用的法律要求。类似的标号始终指代类似的元件。0038诸如本发明的准各向同性夹层结构之类的夹层结构可用于构造地板、墙壁以及各种类型的大的工业部件。所述结构通常具有低表面密度并且表现出。
26、高机械特性值，这使得它们适用于各种应用，包括要求重量轻且高强度的构造的应用。0039图1示出现有技术的夹层结构5。通常，夹层结构5包括被增强材料14例如，玻璃纤维增强材料夹在中间的芯材料12，该增强材料在芯材料12的两侧形成表层，从而形成三维强化结构。通常，芯材料12是树脂不能透过的闭孔泡沫。该泡沫可以是硬质泡沫或软质泡沫，这取决于应用。例如，硬质泡沫可在制造夹层结构板时使用，而软质泡沫可在夹层结构将用于形成成形物体时使用。增强材料14通常覆盖在芯12的任一侧上，并且粗纱16穿过三层缝合。然后，将所述结构用热固性树脂绝缘浸渍。0040如图4中示意性地示出的，可利用针22的阵列插入粗纱16例如，。
27、玻璃纤维粗纱，所述针在支撑横梁24上排成一行，以形成簇绒机26如图8所示的缝合头25。横梁24可被布置成垂直于机器轴线或Y轴，如图3示出的结构5的俯视图所示。此外，针22可相对于该结构的平面XY平面成角度倾斜。例如，图2A所示的角度其将称为倾角在一些情况下为大约45。参照图2A和图3，将被处理成结构的材料例如芯材料12、增强材料14和/或粗纱16，在下文以及附图中将统称为材料10可在第一次通过期间沿纵向M穿过缝合机，其中以材料10的末端A为前端，末端B为后端，面C为上表面，面D为下表面。在第一次通过期间，可穿过材料形成沿Z方向延伸的粗纱16的平行的数行。然后，材料10可旋转180使得材料10的。
28、末端B现在是前端并第二次通过设备，以插入第二组粗纱16，如图2B所示。由于图2A和图2B之间材料的旋转，因此相对于第一针迹的角度，以负倾角插入第二行针迹。这样，可形成三角形划分或桁架式增强材料，如图2B所示。0041值得注意的是，穿过材料的粗纱的所述几何形状是簇绒工艺的结果，其中针穿过材料的第一面将粗纱插入材料中，在材料的相对的第二面上形成套环，然后针穿过第一“插入”面从材料缩回。然而，本领域普通技术人员根据本公开可以理解，为了方便说明，描述中在一般意义上提及“缝合”和“针迹”，其包括簇绒工艺。0042此类三角形划分沿着三角形划分的轴线增加了结构5对弯曲负载的抗性。因此，对于图2B所示的几何形。
29、状，结构5的硬度沿着Y轴增加。然而，在许多情况下，可能有利的是在下文所称的准各向同性结构中提供沿着Y轴和X轴均增加的对弯曲负载的抗性。实现准各向同性结构的一种方式是缝合粗纱16，使得一些三角形划分跨越X轴如图2B所示，而一些三角形划分跨越Y轴。实现此类几何形状将需要通过缝合机四次在两次通过中结构的Y轴与机器轴线M对齐，在另两次通过中结构的X轴与机器轴线M对齐。然而，两倍的通过次数需要近两倍的初始结构处理成本，这显著增加了产品的成本。0043三次通过制造0044在本发明的一个实施例中，以需要通过簇绒设备三次的方式制备准各向同性夹层说明书CN102482880A5/11页9结构。所得准各向同性结构。
30、包括芯材料，其限定第一侧面和第二侧面；第一增强层，其设置在芯材料的第一侧面上；第二增强层，其设置在芯材料的第二侧面上；以及粗纱16的第一阵列、第二阵列和第三阵列，其穿过第一增强层、芯材料和第二增强层延伸并沿着至少三个轴线取向。要注意的是，如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”并非在顺序上或时间上标识粗纱或对应角度，而是用于方便说明。因此，本领域技术人员根据本公开将认识到，粗纱阵列可按照任何次序排列。0045在一些实施例中，芯可以是低密度泡沫，其基本上为闭孔结构以限制树脂的吸收，以使得最终结构保持低密度，并且纤维网限定主要的机械性能。然而，硬质和软质泡沫均可使用。其他材料也可用于芯，例如石。
31、膏。在其他应用中，可能有利的是出于其他原因而选择被特别构造为吸收树脂的芯材料。可使用的硬质闭孔泡沫的例子包括聚氨酯、聚异氰脲酸酯、酚醛、聚苯乙烯和PEI。软质闭孔泡沫的例子可包括聚乙烯、聚丙烯以及其他混合热塑性聚合物泡沫。0046类似地，粗纱16可从多种不同的材料中选择。合适的材料可包括任何纤维类型和任何构造的纱、线、丝束等。例如，粗纱可以是矿物纤维，包括诸如电子级玻璃EGLASS和其他类型的玻璃例如，S、R、D、ECR和AR之类的玻璃纤维。可使用的其他矿物纤维包括玄武岩纤维。此外，除了PET、PES的更常见的纺织物纤维之外，对于粗纱还可使用合成材料，例如得自PAN或沥青前体的碳纤维、芳纶纤维。
32、、高强力PE、PP和PEI。尽管术语“粗纱”最常与玻璃相关，但是本文中在更一般意义上使用术语“粗纱”，其包括丝束与碳纤维相关和所有类型的合成材料的纱包括加捻、成缆、合股和织纹纱。0047对于增强层也可使用不同的材料。如上面关于粗纱所描述的，可用上面所列类型的纤维中的任一种制备增强层。这可包括通过缝编制成的梭织物或无褶织物的织物构造，以及连续或短纤维垫。垫可通过粘结剂或缝编法、针刺法或水缠结法组装而成。0048为了实现准各向同性结构而无需使该结构通过缝合机四次，如上所述，发明人已经确定，粗纱16可穿过该结构插入，使得粗纱16沿着至少3个轴线取向。为了经由通过机器三次来生成具有相似比例和数量的三角。
33、形划分，粗纱16可沿着三个不同的轴线取向。例如，三个角度可间隔120，如图7B所示的准各向同性夹层结构70中那样。下面描述经由三次通过生成这样的三角形划分的一个实施例。0049第一次通过0050参照图5A和图5B，在结构第一次通过机器期间，形成缝合头的横梁相对于X轴成角度取向，其中为大约30。倾角如图2A所示可以是大约1和89之间的任何角度。例如，在一些实施例中，倾角介于大约40和80之间，在一个示例性实施例中等于大约45。需要指出的是，使横梁24成一角度例如，30取向需要增加缝合头的针，以便能够将粗纱插入成角度横梁所跨越的整个材料部分中。例如，通常包括52根针的机器可能需要增加8根针至横梁，。
34、以在缝合头上达到总共60根针。尽管说明书描述了角度是通过使横梁24相对于X轴成一角度取向而实现的，但是角度还可这样实现将针相对于X轴成角度定位，而保持横梁24例如与X轴对齐。这样，角度和均可通过针在横梁上的适当定位以及横梁的对应插入运动来实现，而与横梁本身的取向无关。0051一旦机器已如上所述配置，材料10就可通过机器，从而形成针迹阵列，如图5C所说明书CN102482880A6/11页10示。0052第二次通过0053图6A6C中示出第二次通过机器。对于第二次通过，机器被重新配置，使得横梁相对于X轴成大约30的角度取向。除了横梁24的重新取向之外，材料10本身旋转180，使得结构的象限I现在。
35、处于象限III原本所在的位置，结构的象限II现在处于象限IV原本所在的位置，以此类推。或者，材料可在YZ平面上旋转或“翻转”，使得在第二次通过时，粗纱穿过材料的与第一次通过时所使用的插入面相反的面未示出插入。为了有利于从一次通过过渡到下一次通过，可在材料上例如，芯材料上形成标记，以指示每一次通过期间的材料取向。第二次通过的结果是在材料中形成相对于第一次通过期间所形成的针迹阵列成120的角度取向的针迹阵列如图6C所示。0054第三次通过0055对于第三次通过机器如图7A7C所示，机器再次重新配置，以使横梁的角度从相对于X轴大约30改变为相对于X轴大约0或对齐。此外，材料10相对于前一次通过旋转9。
36、0，使得象限I处于象限II先前的位置以及象限IV的初始位置处，以此类推。需要指出的是，在第三次通过期间，可能为了配置机器以在较大材料跨度上进行缝合而已经添加到横梁24的任何额外的针可被移除，以适应沿着材料10宽度的较短跨度。0056如图7C所示，在第三次通过期间形成的针迹阵列用于对分前两次通过的针迹所形成的角度，从而在第三次通过之后实现准各向同性结构。需要指出的是，尽管根据上面的描述，在第一次通过期间横梁角度被设定为大约30，对于第二次通过设定为大约30，但是横梁角度对于第一次通过可设定为大约30，对于第二次通过可设定为大约30。类似地，第一、第二和第三次通过可按照任何次序进行，例如“第三次”。
37、通过首先进行，然后是“第一次”通过和“第二次”通过。0057实例0058在利用上述三次通过方法进行的示例性制备过程中，使用具有52根针的机器如图8所示来形成准各向同性夹层结构。为了针对第一次通过配置机器26，添加8根针22至横梁24，以便适应由于重新取向的缝合头而导致的更大的待缝合材料跨度。在此实例中，花费了一个工人大约15分钟来添加针。0059然后，缝合头旋转至大约30的角度，并验证机器的对齐。在此实例中，在针已经添加的情况下，花费了2个工人总共15分钟来为第一次通过准备机器。然后，芯材料12和增强层14穿过机器以进行第一次通过。0060一旦第一次通过完成，就类似地重新配置机器以使缝合头取向。
38、至大约30的角度，这花费了2个工人大约15分钟来完成。在穿过机器以进行第二次通过之前，材料旋转180。0061最后，为了第三次通过，如前所述通过使缝合头旋转至大约0的角度来重新配置机器。第一和第二次通过所使用的额外的8根针也被移除。为第三次通过准备机器花费了2个工人大约15分钟来完成。在第二次通过和第三次通过之间，材料又旋转了90。0062图9和图10示出了根据上述实例形成的准各向同性夹层结构70的例子，其中相对于机床，图9示出结构的上表面，图10示出结构的下表面。就这一点而言，图9示出从一个插入到下一个插入的粗纱的延伸，而图10示出通过簇绒工艺获得的每一插入所生成的说明书CN10248288。
39、0A107/11页11套环。0063实验数据0064利用上述三次通过方法，使用由厚度为20MM、密度为35KG/M3的聚氨酯泡沫制成的芯、玻璃纤维增强材料以及热固性聚酯树脂来制备板。沿着主轴图中所示的X轴和Y轴测量剪切强度和模量。测试三个样品，结果示出于下表A中0065剪切，MPA试样块剪切模量剪切强度横向X轴STIPX11982087STIPX2218098STIPX32211115平均21210纵向Y轴STIPY11945085STIPY22029098STIPY31869088平均195090066表A0067在具有基本上相同的构型的样品上进行第二组测试，并且在XY平面内相对于Y轴成45。
40、地进行附加的剪切模量和剪切强度测量。结果示于下表B中0068测试200690070说明书CN102482880A118/11页120071表B0072还根据上述方法利用厚度为40MM的芯形成板。在样品上进行附加测试，那些结果示出于下表C中0073测试300740075说明书CN102482880A129/11页130076表C0077单次通过制造0078在其他实施例中，可使用具有三个缝合头的簇绒机经由材料的单次通过形成准各向同性夹层结构。这样，准各向同性夹层结构可被制备，而无需在各次通过之间重新配置机器或处理/旋转材料，从而同时节省了成本和时间。0079分度缝合头0080根据图1113所示的一。
41、些实施例，簇绒机50包括两个静止的缝合头52、54和一个分度缝合头56。静止缝合头52、54相对于Y轴或X轴不移动，而仅在插入方向上移动即，为了插入针迹，在这个意义上讲它们是静止的。另一方面，分度缝合头56被配置为除了在插入方向上移动之外，还沿着X轴移动，如下文所述。三个缝合头可按任何次序排成一行，例如将分度缝合头56设置在该行的第一、第二或第三位置处相对于M方向上的材料移动而言。在图11所示的一个优选实施例中，缝合头沿着纵向M排成一行，使得通过机器50的结构将首先遇到第一分度缝合头56，然后遇到各静止缝合头52、54。0081首先转向静止缝合头52、54，第一静止缝合头52取向为使得缝合头5。
42、2与Y轴之间形成的横梁角度为大约60。就第一静止缝合头52而言，标称插入方向即，插入方向沿着Y轴的分量与M方向相反，如沿着静止缝合头52的表示针的短线所指示的。0082第二静止缝合头54取向为使得缝合头与Y轴之间形成的横梁角度为大约60。第二静止缝合头54的标称插入方向与M方向一致，如沿着第二静止缝合头54的表示针的短线所指示的。应该理解，上文将静止缝合头52、54称作第一和第二静止缝合头仅是为了方便说明。将缝合头命名为第一或第二缝合头并非表明要求特定缝合头相对于其他缝合头被置于某一位置。0083分度缝合头56取向为使得缝合头与Y轴之间形成的横梁角度为大约0。在每一缝合头52、54、56中，针。
43、相对于材料的XY平面成角度，并且所述角度可影响复合材料板的性能。例如，倾角如图2A和图2B所示可为大约45，以使复合材料板的剪切模量最大化。0084由于分度缝合头56与材料穿过机器的移动即，M方向对齐，所以经由分度缝合头56连续插入而没有X轴方向上的对应移动即，假设“静止”的分度缝合头将导致M方向上的一行重叠针迹。因此，如上所述，分度缝合头56被配置为按照“分度”类型的移动在X轴方向上移动，以补偿材料穿过机器的前进量，如图12所示。在图12中，材料10被示出为正在通过分度缝合头56、第一静止缝合头52和第二静止缝合头54。0085对于每一插入循环，与Y轴对齐的插入点形成一条簇绒线。当材料前进以。
44、进行下一缝合循环时，分度缝合头56被配置为沿着X轴从材料的一边向另一边移动。在一些实施说明书CN102482880A1310/11页14例中，分度缝合头56上的针的间距与材料在M方向上移动的步长对应。因此，可考虑分度移动的量值以及针的间距来确定分度缝合头56上将使用的针的适当数量。0086在一些实施例中，分度缝合头56可从材料的一侧向另一侧例如，如图11和图12所示，从“顶部”向“底部”一步步地前进。换句话讲，分度缝合头可相对于材料平面内与机器轴线垂直的材料轴线即，X轴在材料的不同位置处插入针迹。参照图12，当分度缝合头到达“底部”或者当人沿着纵向M观察材料10时，材料的右侧11时，分度缝合头。
45、56被配置为移回其位于图12的“顶部”或者材料的左侧13处的起始位置。通过分度步骤与针的数量和间距的协调，机器可被配置为使得材料在纵向M上移动与缝合杆加一根针的长度相等的距离。这样，可没有重叠地即，不会在与“最上”一行针迹中的最后一个针迹相同的位置中插入针迹再次开始缝合循环。0087在一些情况下，分度缝合头56被配置为使得针的支撑横梁的长度是上述横梁的两倍，并且针为两倍间距，如图13所示。这样，机器50可被配置为使得分度缝合头56在两个分度方向上插入针迹。因此，分度缝合头56将在从一侧向另一侧例如，从材料的左侧13向材料的右侧11移动时插入针迹，并且还将在移回初始侧例如，从右侧11移回左侧13。
46、时插入针迹。在两个分度方向上插入可在材料中形成交叉缝式图案，而非单个对角线图案，如图13所示其中静止缝合头52、54为了清晰起见被移除。在两个分度方向上插入针迹可节省时间，因为无需等待机器复位至起始位置。此外，针迹之间的插入纤维无需拉延跨过机器的整个宽度，因为其可能为先前描述的单向簇绒构型，从而形成更令人满意和美观的产品。0088无分度缝合头0089在其他实施例中，经由材料的单次通过形成准各向同性夹层结构的机器50被配置为不需要分度缝合头。根据一个实施例，并且参照图14，簇绒机包括三个静止的缝合头60、62、64，第一缝合头60与X轴对齐即，与纵向M正交，第二和第三缝合头62、64取向为使得缝。
47、合头与Y轴之间形成的横梁角度分别为大约30和30。在这种情况下，由于角度的倾斜程度，第二和第三缝合头62、64需要比其他实施例更长的支撑横梁，因此可能需要更大数量的针来跨越材料的横梁长度。然而，在此实施例中所有三个缝合头均为静止的，因此减小了缝合机的复杂度，同时还不会牺牲在单次通过中形成准各向同性夹层结构的生产成本和生产时间。0090与先前实施例一样，应该理解，将缝合头60、62、64称为第一、第二和第三缝合头仅是为了方便说明。将缝合头命名为第一、第二或第三缝合头并非表明需要特定缝合头被置于一行缝合头中的某一位置，事实上，缝合头可按任何次序沿着机器排列。0091本领域技术人员应该明白，出现在上。
48、述描述和相关附图中从属于本发明的这里给出的本发明的各种修改和其他实施例具有指导性的有益效果。因此应当理解，本发明并非仅限于本文所公开的具体实施例，并且修改形式和其他实施例旨在包括在所附权利要求书的范围内。虽然本文采用了特定的术语，但这些术语仅用于一般性和描述性目的，并不旨在进行任何限制。0092例如，通过本公开，相对于上述实施例的角度和的变化是可能且可以想到的。角度的变化事实上可根据使用者的需要用于在夹层结构70内形成微小地偏向一个方向或另一方向的性质。另外，除了其他机器设置之外，沿着各加工轴线插入的粗纱的类型说明书CN102482880A1411/11页15和/或质量可变化以便生成具有独特性。
49、质或特性的结构。因此，应该理解，上述特定角度、长度、设置以及其他值仅是为了进行示意性的说明，而并非必然表示对本发明实施例的限制。说明书CN102482880A151/13页16图1图2A说明书附图CN102482880A162/13页17图2B图3说明书附图CN102482880A173/13页18图4图5A说明书附图CN102482880A184/13页19图5B图5C图6A说明书附图CN102482880A195/13页20图6B图6C图7A说明书附图CN102482880A206/13页21图7B图7C说明书附图CN102482880A217/13页22图8说明书附图CN102482880A228/13页23图9说明书附图CN102482880A239/13页24图10说明书附图CN102482880A2410/13页25图11说明书附图CN102482880A2511/13页26图12说明书附图CN102482880A2612/13页27图13说明书附图CN102482880A2713/13页28图14说明书附。